ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2024, № 8 · РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Анализ возможности согласованной со средой локализации источника излучения в условиях дифракции и множественного переотражения

М.С. Лытаев1

1 Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр РАН, Санкт-Петербург, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2024.8.9 УДК 537.876.23 EDN KGYLMZ

Аннотация

Рассматривается задача определения расстояния до источника монохроматического излучения и его высоты в двумерном пространстве по данным измерений комплексной амплитуды сигнала. Пространство содержит произвольно расположенные тонкие вертикальные препятствия, что приводит к эффектам дифракции и множественного переотражения. Задача сформулирована при помощи метода сопряженных уравнений. Проанализированы две наиболее часто используемые разновидности метода согласованной со средой обработки: метод Бартлета и метод Кейпона. Проведены численные эксперименты для различных расположений препятствий и приёмников. Проанализирована устойчивость по отношению к расположению препятствий. Показано, что указанные методы можно успешно использовать для локализации источников излучения в условиях множественного переотражения при условии прямой видимости.

  • обратная задача
  • локализация источника
  • согласованная обработка
  • некорректная задача
Abstract (in English)

Feasibility of the matched-field source localization within diffraction and multiple reflections

The problem of localizing the source of monochromatic radiation in two-dimensional space is considered. The space contains several arbitrary placed thin vertical knife-edges, which leads to diffraction and multiple reflection effects. Complex field amplitude measurements and environment parameters are considered as input data for the mathematical model. The problem is formulated using the method of conjugate equations. The two most commonly used varieties of the matched field processing method are analyzed: the Bartlett method and the minimum variance method. Numerical experiments were carried out for various locations of knife-edges and receivers. Stability with respect to the location of knife-edges is analyzed. It has been shown that the mentioned methods can be successfully used to localize radiation sources under conditions of multiple reflection and line of sight.

Для цитирования

Лытаев М.С. Анализ возможности согласованной со средой локализации источника излучения в условиях дифракции и множественного переотражения // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.8.9

Литература

  1. Colton D. L., Kress R., Kress R. Inverse acoustic and electromagnetic scattering theory. - Berlin: Springer, 1998.
  2. Тихонов А.Н. и др. Численные методы решения некорректных задач. - М.: Наука, 1990.
  3. Baggeroer A. B., Kuperman W. A., Mikhalevsky P. N. An overview of matched field methods in ocean acoustics // IEEE Journal of Oceanic Engineering. - 1993. - Т. 18. - №. 4. - С. 401-424.
  4. Сазонтов А. Г., Малеханов А. И. Согласованная пространственная обработка сигналов в подводных звуковых каналах (обзор) // Акустический журнал. - 2015. - Т. 61. - №. 2. - С. 233-233.
  5. Машошин А. И. Практические задачи гидроакустики, решаемые с использованием алгоритмов обработки сигналов, согласованных со средой их распространения (обзор) // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2017. - Т. 10. - №. 1. - С. 37-48.
  6. Collins M. D. и др. The multivalued Bartlett processor and source tracking // The Journal of the Acoustical Society of America. - 1995. - Т. 97. - №. 1. - С. 235-241.
  7. Collins M. D., Fialkowski L. T., Lingevitch J. F. Localizing submerged acoustic sources under adverse conditions // Journal of Theoretical and Computational Acoustics. - 2022. - Т. 30. - №. 01.
  8. Zala C. A., Ozard J. M. Matched-field processing for a moving source // The Journal of the Acoustical Society of America. - 1992. - Т. 92. - №. 1. - С. 403-417.
  9. Walter F. и др. Distributed acoustic sensing of microseismic sources and wave propagation in glaciated terrain // Nature communications. - 2020. - Т. 11. - №. 1.
  10. Schippkus S., Hadziioannou C. Matched field processing accounting for complex Earth structure: method and review // Geophysical Journal International. - 2022. - Т. 231. - №. 2. - С. 1268-1282.
  11. Gingras D. F. и др. Electromagnetic matched field processing for source localization // 1997 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing. - IEEE, 1997. - Т. 1. - С. 479-482.
  12. Deygout J. Multiple knife-edge diffraction of microwaves // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 1966. - Т. 14. - №. 4. - С. 480-489.
  13. Vavilov S. A., Lytaev M. S. Modeling equation for multiple knife-edge diffraction // IEEE transactions on antennas and propagation. - 2019. - Т. 68. - №. 5. - С. 3869-3877.
  14. Марчук Г.И. Сопряженные уравнения и анализ сложных систем. - М.: Наука, 1992.
  15. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. - М.: Наука, 1982.
  16. Mantzel W., Romberg J., Sabra K.Compressive matched-field processing // The Journal of the Acoustical Society of America. - 2012. - Т. 132. - №. 1. - С. 90-102.
  17. Jensen F. B. и др.Computational ocean acoustics. - New York: Springer, 2014.
  18. Вавилов С.А., Лытаев М.С. Модельное уравнение рассеяния электромагнитных волн на тонких диэлектриках // Записки научных семинаров ПОМИ. - 2017. - Т. 461. - С. 95-106.
  19. Вавилов С.А., Лытаев М.С. О рассеянии электромагнитных волн на массиве из тонких диэлектриков // Записки научных семинаров ПОМИ. - 2018. - Т. 471.- С. 86-98.
  20. Apaydin G. и др. A novel two-way finite-element parabolic equation groundwave propagation tool: Tests with canonical structures and calibration // IEEE transactions on geoscience and remote sensing. - 2011. - Т. 49. - №. 8. - С. 2887-2899.
  21. Ахияров В. В. Вычисление множителя ослабления при обратном рассеянии от земной поверхности методом параболического уравнения // Журнал радиоэлектроники. - 2019. - №. 11.
  22. Lytaev M. S. Tropospheric radio wave propagation modeling in Python 3 using PyWaveProp //2023 IEEE 11th Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP). - IEEE, 2023.